Mitochondria-dependent post-tetanic potentiation in prelimbic cortico-pontine neurons gates extinction learning

मस्तिष्क एक स्थिर मशीन नहीं है; यह एक जीवित परिदृश्य है जो अनुभव के आधार पर खुद को लगातार पुनर्गठित करता रहता है। जब हम कुछ नया सीखते हैं, तो तंत्रिका कोशिकाओं के बीच संबंध मजबूत होते हैं। जब हमें किसी डर को भूलने या किसी पुरानी स्मृति को अपडेट करने की आवश्यकता होती है, तो उन संबंधों को कमजोर या बदलना पड़ता है। अपडेट करने की यह प्रक्रिया, जिसे एक्सटिंक्शन लर्निंग (extinction learning) कहा जाता है, मानसिक स्वास्थ्य के लिए महत्वपूर्ण है। इसके बिना, एक व्यक्ति खतरे के समाप्त होने के बहुत समय बाद भी डरा हुआ रह सकता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि मस्तिष्क के सामने के हिस्से में स्थित एक विशिष्ट क्षेत्र, जिसे प्रीलिम्बिक कॉर्टेक्स (prelimxic cortex) कहा जाता है, इसमें केंद्रीय भूमिका निभाता है। यह हमें डर की यादें बनाने में मदद करता है, लेकिन ऐसा लगता है कि यह उन्हें दृढ़ता से पकड़ कर भी रखता है, जिससे उन्हें छोड़ना कठिन हो जाता है। प्रश्न यह था कि इन मस्तिष्क कोशिकाओं के भीतर कौन सा भौतिक तंत्र उस पुराने डर को जीवित रखता है, और हम इसे कैसे बंद कर सकते हैं?

सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी और स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब एक विशिष्ट कोशिकीय इंजन की पहचान की है जो इस दृढ़ता को संचालित करता है। उन्होंने मस्तिष्क की कोशिकाओं के भीतर छोटे ऊर्जा संयंत्रों, जिन्हें माइटोकॉन्ड्रिया (mitochondria) कहा जाता है, पर ध्यान केंद्रित किया। हालांकि हम अक्सर माइटोकॉन्ड्रिया को केवल ऊर्जा जनरेटर के रूप में सोचते हैं, वे कैल्शियम के स्पंज के रूप में भी कार्य करते हैं, जो एक रासायनिक संकेत है जिसका उपयोग तंत्रिका कोशिकाएं संचार के लिए करती हैं। जब एक तंत्रिका कोशिका तेजी से सक्रिय होती है, तो वह अपने कनेक्शनों को कैल्शियम से भर देती है। माइटोकॉन्ड्रिया इस अतिरिक्त कैल्शियम को सोख लेते हैं और फिर इसे धीरे-धीरे वापस बाहर छोड़ देते हैं, जिससे प्रारंभिक संकेत के रुकने के कुछ समय बाद भी कनेक्शन सक्रिय रहता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह लंबे समय तक रहने वाला कैल्शियम रिलीज एक "पोस्ट-टेटैनिक पोटेंशिएशन" (post-tetanic potentiation) बनाता है, जो तंत्रिका कोशिकाओं के बीच के संबंध की ताकत में एक अस्थायी उछाल है। प्रीलिम्बिक कॉर्टेक्स में, यह उछाल एक मानसिक लंगर की तरह कार्य करता है, जो खतरे के जाने के बाद भी सीखे गए डर को थामे रखता है।

इस विचार का परीक्षण करने के लिए, वैज्ञानिकों ने उन चूहों के साथ काम किया जिन्हें एक विशिष्ट स्वर (tone) से डरने के लिए प्रशिक्षित किया गया था। उन्होंने जानवरों को एक स्वर और हल्के बिजली के झटके के बीच 20 सेकंड के सन्नाटे के अंतराल को याद रखने के लिए सिखाया। इसे 'ट्रेस फियर कंडीशनिंग' (trace fear conditioning) कहा जाता है, और इसके लिए मस्तिष्क को दर्द से ध्वनि को जोड़ने के लिए समय के अंतर को पाटना आवश्यक होता है। एक बार जब चूहों ने इसे सीख लिया, तो शोधकर्ताओं ने इसे भुलाने की प्रक्रिया शुरू की। उन्होंने शोर को बार-बार बजाया बिना किसी झटके के, जिसे एक्सटिंक्शन ट्रेनिंग (extinction training) कहा जाता है। सामान्यतः, चूहे अंततः डर से मुक्त हो जाते, लेकिन इसमें समय लगता है। शोधकर्ता देखना चाहते थे कि यदि वे इस अनलर्निंग (unlearning) प्रक्रिया के दौरान माइटोकॉन्ड्रियल कैल्शियम रिलीज को रोक दें तो क्या होगा।

उन्होंने TPP+ नामक दवा का उपयोग किया जो माइटोकॉन्ड्रिया की कैल्शियम छोड़ने की क्षमता को धीरे से बाधित करती है। उन्होंने एक्सटिंक्शन ट्रेनिंग शुरू होने से ठीक पहले चूहों के प्रीलिम्बिक कॉर्टेक्स में सीधे यह दवा इंजेक्ट की। परिणाम चौंकाने वाले थे। उपचारित चूहों ने अनुपचारित चूहों की तुलना में स्वर से डरना बहुत तेजी से छोड़ दिया। महत्वपूर्ण रूप से, दवा ने चूहों को मूल डर को भुलाया नहीं; उन्हें अभी भी स्वर और झटके के बीच का संबंध याद था। इसके बजाय, इसने केवल उन्हें उस स्मृति को अपडेट करने और यह समझने में आसान बना दिया कि स्वर अब खतरनाक नहीं है। शोधकर्ताओं ने इसकी पुष्टि एक दूसरी, अलग दवा का उपयोग करके की जो उसी माइटोकॉन्ड्रियल प्रक्रिया के एक अलग हिस्से को रोकती है। इसने समान परिणाम दिया: तेजी से अनलर्निंग। इससे सिद्ध हुआ कि प्रभाव पहले दवा का कोई दुष्प्रभाव नहीं था, बल्कि माइटोकॉन्ड्रियल कैल्शियम रिलीज को रोकने का सीधा परिणाम था।

यह समझने के लिए कि वास्तव में कौन सी कोशिकाएं जिम्मेदार थीं, टीम ने सर्किट्री की गहराई में देखा। प्रीलिम्बिक कॉर्टेक्स में विभिन्न प्रकार की तंत्रिका कोशिकाएं होती हैं जो मस्तिष्क के विभिन्न हिस्सों में संकेत भेजती हैं। कुछ मस्तिष्क के विपरीत हिस्से से जुड़ते हैं, जबकि अन्य, जिन्हें कॉर्टिकोपोंटाइन न्यूरॉन्स (corticopontine neurons) कहा जाता है, ब्रेनस्टेम तक संकेत भेजते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि वह जिद्दी, लंबे समय तक रहने वाली गतिविधि जो अनलर्निंग को रोकती है, विशेष रूप से कॉर्टिकोपोंटाइन न्यूरॉन्स में होती है। जब उन्होंने एक्सटिंक्शन ट्रेनिंग के दौरान इन विशिष्ट कोशिकाओं को शांत करने के लिए प्रकाश का उपयोग किया, तो चूहों ने उतनी ही तेजी से डर को भुला दिया जितनी तेजी से दवा दिए गए चूहों ने। अन्य प्रकार के न्यूरॉन को शांत करने का कोई प्रभाव नहीं पड़ा। इसने समस्या के सटीक स्थान को निर्धारित कर दिया: इन विशिष्ट कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया डर की स्मृति को बहुत लंबे समय तक सक्रिय रख रहे थे।

अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि यह प्रक्रिया वास्तविक समय में कैसे काम करती है। उन्नत रिकॉर्डिंग तकनीकों का उपयोग करते हुए, टीम ने चूहों के स्वर सुनते समय मस्तिष्क कोशिकाओं की निगरानी की। सामान्य चूहों में, स्वर के प्रति प्रतिक्रिया देने वाली कोशिकाएं ध्वनि रुकने के काफी समय बाद भी सक्रिय रहती हैं। यह निरंतर गतिविधि मस्तिष्क का उस घटना की स्मृति को थामे रखने का तरीका है। हालांकि, दवा से उपचारित चूहों में, यह निरंतर फायरिंग बहुत तेजी से कम हो गई। दवा ने स्वर के प्रति प्रारंभिक प्रतिक्रिया को नहीं रोका; ध्वनि शुरू होने पर कोशिकाएं अभी भी सक्रिय हुईं। इसने केवल संकेत के बाद उन्हें पकड़ बनाए रखने से रोका। यह बताता है कि माइटोकॉन्ड्रिया एक विलंब तंत्र (delay mechanism) के रूप में कार्य कर रहे हैं, जो घटना समाप्त होने के बहुत बाद भी डर के सर्किट को सक्रिय रखते हैं, जिससे उस स्मृति को नई, सुरक्षित जानकारी के साथ ओवरराइट करना कठिन हो जाता है।

शोधकर्ताओं ने यह सुनिश्चित करने के लिए भी जांच की कि दवा केवल चूहों को सुस्त या भ्रमित तो नहीं कर रही है। उन्होंने जानवरों का एक वर्किंग मेमोरी टास्क पर परीक्षण किया जिसमें कुछ सेकंड के लिए एक स्थान को याद रखना आवश्यक था, और दवा का इस क्षमता पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। उन्होंने डर सीखने के एक अन्य प्रकार का भी परीक्षण किया जहाँ स्वर और झटका एक साथ होते थे, और दवा ने उसमें भी हस्तक्षेप नहीं किया। यह विशिष्टता महत्वपूर्ण है। यह दर्शाता है कि माइटोकॉन्ड्रियल तंत्र मस्तिष्क पर कोई सामान्य ब्रेक नहीं है, बल्कि एक सटीक स्विच है जो यह नियंत्रित करता है कि एक विशिष्ट प्रकार की स्मृति कितनी देर तक बनी रहती है।

यह खोज हमें अपनी स्मृतियों को अपडेट करने के तरीके के बारे में सोचने का एक नया नजरिया देती है। यह सुझाव देती है कि डर को छोड़ने में कठिनाई केवल एक मनोवैज्ञानिक बाधा नहीं है, बल्कि एक भौतिक बाधा है जो इस बात में निहित है कि हमारी कोशिकाएं कैल्शियम को कैसे संभालती हैं। अध्ययन इन निष्कर्षों को व्यापक स्वास्थ्य समस्याओं से भी जोड़ता है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि जिस समान माइटोकॉन्ड्रियल तंत्र का उन्होंने अध्ययन किया, वह अल्जाइमर और पार्किंसंस जैसे न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों के शुरुआती चरणों में भी असामान्य रूप से कार्य करता है। उन स्थितियों में, माइटोकॉन्ड्रिया थोड़े कम कुशल हो जाते हैं, जो अनजाने में मस्तिष्क द्वारा स्मृतियों को संसाधित और अपडेट करने के तरीके को बदल सकता है। यह समझकर कि यह विशिष्ट कोशिकीय प्रक्रिया अनलर्निंग की क्षमता को कैसे नियंत्रित करती है, वैज्ञानिक भविष्य में उन लोगों की मदद करने के तरीके खोज सकते हैं जो चिंता या आघात (trauma) से जूझ रहे हैं, ताकि वे अपनी स्मृतियों को अधिक प्रभावी ढंग से अपडेट कर सकें, और इस जैविक बाधा को उपचार के मार्ग में बदल सकें।